由罗杰斯公司发布
高弹体材料解决方案
您可能以前在高弹体材料的数据资料表中看到过抗压缩形变值或 C-set，但您是否曾想过这些值意味着什么？
让我们回顾一下您需要了解的有关抗压缩形变的基本信息及其对您的应用设计的重要性。
抗压缩形变是材料在特定压缩条件下的行为方式的指标，并提供有关随时间推移保持长期可靠性的信息。具体来说，抗压缩形变是衡量一种材料在经过一定的压缩力/负载、时间和温度后的回弹程度的指标。
这有时被称为“泡棉记忆”或“抗压缩形变”，这是材料在被压缩后回到其原始高度的能力。
以下是抗压缩形变的直观表示。
泡棉从自由状态（未压缩）开始，然后压缩至其原始厚度的 50%。释放负载，材料即可松弛。然后进行测量以确定最终高度，并将其与原始高度进行比较。
泡棉的原始高度 (Ho) 与压缩释放后的新高度 (H2) 之间的差值称为抗压缩形变。
抗压缩形变是长期可靠性的关键指标。它决定了材料保持有效密封的能力。当应用需要长时间密封时，或者需要在经常打开和关闭的外壳内使用密封件时，这一点尤为重要。
另一种理解方式是——抗压缩形变表明了材料在压缩状态下保持其弹性性能的程度，或者其在应用中承受压缩载荷的程度。
对于多孔泡棉材料，测得的抗压缩形变百分比越低，材料的“恢复性”就越好。
例如，且看 BISCO® HT-800硅胶泡棉 TDS（技术数据资料表）。请注意，抗压缩形变以百分比表示。
请注意，根据 ASTM D1056 计算，BISCO® 硅胶HT-800中等硬度泡棉的抗压缩形变典型值为 2%，这意味着在长时间缩期后，材料会反弹至其原始高度的 99%，如下图所示。对我们的计算有疑问？请查看下面的计算部分。
相比之下，抗压缩形变为 20% 的另一种高弹体材料仅反弹到其原始高度的 80%，这可能导致其密封性能的有效性降低。
低抗压缩形变在长期密封中很重要，原因有三个：
根据材料类型，使用特定测试方法测量抗压缩形变。在审查 TDS 和比较不同的弹性体时，了解以下五个条件很重要：
ASTM D1056 根据压缩高度计算 C-set，而 ASTM D3574 根据未压缩高度计算。该材料根据 D1056 计算的 C-set 为 2%，根据 D3574 计算的 C-set 为 1%。包含 BISCO 材料的硅胶通常采用 D1056 进行测试，而包含 PORON 材料的聚氨酯则采用 D3574 进行测试。
多孔材料的抗压缩形变测试包括在各种温度下的 50% 压缩，具体取决于材料的类型。通常在室温 (23 °C)、中间温度 (70 °C) 和高温（硅胶产品为 100°C）下进行。由于热量是抗压缩形变的“加速器”，工程师会粗略地将这些温度与其应用相关联。
下表详细说明了不同材料（包括罗杰斯公司品牌）的不同测试方法、试样形状系数和最终抗压缩形变计算。
| 品牌 | PORON® 聚氨酯 | BISCO® 硅胶 | ARLON® 工业 |
|---|---|---|---|
| 材料类型 | 聚氨酯泡棉 | 硅胶泡棉 | 硅胶海绵 |
| 抗压缩形变方法 | ASTM D3574 | ASTM D1056 1D 类 |
ASTM D1056 2D 类 |
| 气孔结构 | 开孔 | 改良型开放/封闭式 | 闭孔 |
| 样品最小厚度 | 0.375" | 0.250" | 0.500" |
| 样品大小 | 直径 1.5" | 直径 1.0" | 直径 1.0" |
| 测试原始厚度的压缩量 | 50% | 50% | 50% |
| 测试时间 | 22 小时 ± 30 分钟 | 22 小时 ± 30 分钟 | 22 小时 ± 30 分钟 |
| 测试温度 | 70 °C | 100 °C | 100 °C |
| 负载释放后时间和测试厚度 | 30 ± 5 分钟 | 30 ± 5 分钟 | 24 小时 ± 15 分钟 |
| 抗压缩形变，% 计算 | [(to-tl)/to]x100 | [(to-tl)/(to-ts)]x100 | [(to-tl)/(to-ts)]x100 |
其中：
to = 原始厚度
tl = 恢复期后的厚度
ts = 间隔片厚度
在比较不同的材料时，了解所使用的测试方法是有益的，因为测试方法可能有所不同，而且可能不是同类比较。
BISCO® 硅胶采用最严格的测试方法，压缩率为 50%，温度为 100°C，松弛时间为 30 分钟，并进行计算（减去垫片——详见本主题下文）。当应用需要优异的抗压缩形变（低）时，您最可靠的选择是 BISCO 硅胶多孔材料。
PORON® 聚氨酯可用于需要较低温度的应用，但仍需要出色的抗压缩形变值（低 C-set）。
ARLON® 工业海绵可用于需要高温垫圈但允许更高压缩量的应用。因此，海绵产品属于通用类别。
间隔片是校准的垫片，在测试期间维持材料的压缩厚度。使用垫片可确保材料在测试期间被压缩适当的量。
并非所有抗压缩形变测试都使用垫片作为最终抗压缩形变计算的一部分。计算中垫片的使用取决于具体的测试方法、被测试材料的类型以及所遵循的标准。
从等式中减去垫片会增加实际抗压缩形变值。对于 BISCO 硅胶泡棉，由于抗压缩形变极低，因此没有影响。
例如，下表显示了方程式中减去垫片的影响。第一列提供没有减去垫片的数据，第二列提供减去 ASTM D1056 常用垫片的数据：
| 未减去垫片 | 减去垫片 | |
|---|---|---|
| 原厚度 | 0.500 | 0.500 |
| 最终厚度 | 0.490 | 0.490 |
| 垫片 | 0.250 | 0.250 |
| 结果 | 2% | 4% |
如您所见，减去垫片后的计算结果偏高。因此，在检查抗压缩形变值时，了解所使用的计算方法非常重要。
现在我们已经解释了测试方法，下面是实际测试的情况。
压缩固定装置
未压缩固定装置
未压缩固定装置显示原始厚度的泡棉样品，而压缩固定装置显示同一泡棉样品在两块板之间被压缩到其原始厚度的特定百分比。这些图像说明了抗压缩形变测试的“之前”和“期间”阶段，展示了如何测试泡棉材料。
对于必须长时间保持有效密封的应用而言，<5% 的抗压缩形变值被认为是极佳的。
<5% 的低抗压缩形变值常见于高性能硅胶和聚氨酯泡棉，如 BISCO 硅胶和 PORON 聚氨酯。
然而，有时更高的抗压缩形变（例如 10-25%）就足够了，并且可能足以满足应用的密封要求。
通常，如果想要保持长期有效的密封，请寻找抗压缩形变值较低的材料。
抗压缩形变和应力松弛是相关的，但测量的是从压缩到密封期间材料行为的不同方面。
抗压缩形变仅针对特定负载和材料在负载释放后回弹的时间段进行定义。
应力松弛显示了材料在一段时间内保持恒定压力的能力。初始压力与长时间导致的压力损失之间的关系即为应力松弛。
抗压缩形变（通常称为记忆性）是应用设计的一个重要考虑因素。
抗压缩形变测量材料在压缩后回弹的能力，对于保持长期可靠性至关重要，尤其是在需要长期密封的应用中。
较低的抗压缩形变值（以百分比表示）表明材料恢复性更好（抵抗永久变形或回弹到原始高度）。
如果您需要帮助确定您的应用所需的抗压缩形变，我们的罗杰斯技术团队可以为您提供帮助！罗杰斯公司提供免费的材料样品，用于测试材料性能和适用性。联系罗杰斯销售工程师开始测试。
发布于 2024 年 8 月 8 日
